【佛山陶瓷网】陶瓷生产过程中坯件烘干环节取热、输热、用热技术的探讨

    陶瓷生产过程中坯件烘干环节取热、输热、用热技术的探讨

陶瓷产品的烧成是经过由湿泥做成坯体，湿坯体通过烘干后进入窑炉才能烧成。从制泥到烧成要经过很多的工序，而由湿坯体到烘干进入窑炉前的过程也有很多的工序，因此，这一个过程我们把它定位为坯件烘干环节。在这一坯件烘干环节的过程中包括烘干热源的选择工序（自身热源有窑炉余热热源利用工序，外增热源有热风炉、锅炉、藕煤炉等热源输送工序）、脱模工序、链干机干燥工序、烘房干燥工序、洗水施釉工序和整套生产车间热风输送布局工序等，简单地说也就是取热、输热、用热工序。由于对取热、输热、用热的观念不同，在整个坯件烘干环节的过程中各地各厂所采取的方法也有很大的差别，出现了不同的结果，值得我们认真探讨。

一、陶瓷坯件烘干环节上的误区

在整个陶瓷生产过程中，瓷泥的制作与瓷泥的配方工艺，是厂家非常重要的技术环节，关系到产品质量的好与坏。同时，瓷器的烧成也是厂家非常重要的技术环节，也关系到产品质量的好与环。因此，在全国看来，陶瓷生产厂家没有一家不是将所有的技术力量与重点都放到了这两个环节上。而处于这两个环节之间的陶瓷坯件烘干环节却被人们无意之中忽略了，认为坯件的烘干不需要什么技术，因此在这方面的研究人才也很缺乏。

目前到底在陶瓷坯件烘干环节中出现了一些什么状况呢？根据我们的接触与调查，发现的问题有很多，主要是对陶瓷坯体的烘干认识有误。

误区的第一个方面是，只要加热就能使坯体得到烘干。因此对坯体盲目加热，认为热的温度越高对湿坯件的干燥速度就会越快。例如：江苏无锡某陶瓷有限公司，该公司是一家专业生产陶瓷酒瓶的厂家，有一条72米3板天然气辊道窑和一条63米3板辊道窑，日烧成产量2.5万件左右，除了本身窑炉余热供热以外，还投入了1台燃气热风炉加热，其结果还是不能使坯体及时烘干，影响生产，同时坯体还出现开裂变形的现象，产品合格率不理想。江西樟树某陶瓷制品有限公司，该公司也是专业生产陶瓷酒瓶的企业，拥有3条燃气窑炉分别是，60米3板辊道窑1条、50米2板辊道窑1条、65米小截面隧道窑1条。按窑炉设计烧成产品总量可以日生产4.6万件。但该公司毎日只生产2.8万件（也就是说，三条窑只生产两条窑的设定生产产量），其主要的原因是，可以利用三条窑的余热来烘干其坯体，但烘干效果很不好，到阴冷潮湿的天气还要增加热风炉供热。象这样的情况全国各地日用陶瓷厂都带有普遍性。又如湖南某瓷业集团有限公司，由于过于加热，引起了火灾。他们其中有二个分厂曾经加热过大将其烘房都烧掉了。

误区的第二个方面是，不加热让其坯体在自然环境中慢慢干燥（或叫脱水）。湖南省常德市某瓷业有限公司，该公司是一家生产卫生洁具的厂家，有1条日烧成卫生洁具400件产量的液化气隧道窑，窑炉余热全部用于装坯烘房。模具、坯体烘干根本没用热源，主要靠自然室温加上电动吊风扇、排风机搅拌，经过长时间的自然烘干来完成。其结果是浪费了很大的厂房面积和电力资源，坯体和模具的干燥受环境和天气的影响。由于时间长坯体不能及时干燥，有的出现坯体变型的现象，影响产量和质量。象这种现象在全国也比较普遍，特别是生产卫生洁具的厂家。

由于在陶瓷坯件烘干环节上的误区，没有充分发挥窑炉余热的作用，给人们带来很多的困惑。

二、 陶瓷坯件烘干环节上的浪费与污染

由于存在对陶瓷坯件烘干环节上的认识误区，所造成的结果是严重的，值得我们认真的探讨。因为误区的存在企业为了烘干湿坯体，一般采取的方法有三个。方法一是：一条窑炉所烧成的陶瓷产品，其湿坯件的烘干要增设一台热风炉或多台热风炉加热，以消耗大量的能源为代价，用高温去烤干湿坯。高温烤的结果并不好，会经常发生坯件变型、开裂等现象，影响产品合格率和产品质量，还有发生火灾的危险情况。例如：株洲某陶瓷制造有限公司，采取高温烘干湿坯件的办法。一条80米4板辊道窑增加了两台燃气热风炉，这两台热风炉每天共燃天然气1120米3左右，年耗天然气392000米3。由于增加2台热风炉供热，增加电机的装机容量46.5kw/h，年多耗电力387600度。从经济成本方面计算：一年多耗成本天然气112万元、电27万元、热风炉操作工及维修费8万元，共计147万元。在造成生产成本增加的同时还使生产车间环境温度升高影响企业的正常生产，危及工人的身体健康。

方法二是：每条窑炉因坯件（干燥）原因不能按其设计烧成产品总量去生产，而是有多少坯件就烧成多少。这样一来等于用大的窑炉生产少的产品，为了达到完成产量的目的，只能增加窑炉的数量，利用收取的余热进行坯件的烘干。表面上看，坯件是利用窑炉余热烘干的，但实际其窑炉所耗的能源不会少于热风炉所耗的能源。同时在无意中又增加了大量的劳动力。例如，山东淄博市某陶瓷有限公司，采用余热高温烘干湿坯件的办法。该公司拥有2条日烧成5万件左右杯类产品的天然气隧道窑及配套生产线和1条日烧成6万件左右杯类产品的天然气隧道窑及配套生产线。而生产需求量只要日产10万件杯类产品就够了。由于湿坯件（干燥）问题，他们多使用了一条日烧成6万件左右杯类产品的天然气隧道窑及配套生产线。因此每天多耗天然气2400米3，每年多耗天然气840000米3。增加电机的装机容量70kw/h，年多耗电力588000度。每天多增加33个劳动工作日，年增加11550个劳动工作日。从经济成本方面计算：一年多耗成本天然气238万元、电47万元、劳动工资67万元，共计352万元。根据该厂的方法，日烧成10万件产量所需坯件仍无法正常烘干，从链干机下来的坯体还需利用坯架，占据大量生产场地，通过4—5天时间的自然干燥后才能进入窑炉。在现有设备、设施及窑炉余热利用情况下，冷天无法正常脱模干坯，而热天生产环境温度高，员工工作环境差，生产场地拥挤等现象是非常严重的。

方法三是：增加厂房，增加坯架，延长坯件干燥周期，让一部分坯件自然干燥。其结果是：浪费了厂房面积，坯件自然干燥受天气和环境的影响，其干燥时间快慢不一致，严重影响生产效益，坯件吐出来的湿废气污染车间环境。例如，广东潮州市某陶瓷制作厂，该厂是一家生产卫生洁具的厂家，有一条日烧成卫生洁具600件产量的液化气隧道窑，窑炉余热（包括窑头窑尾余热）全部用于装坯烘房。注浆区域模具、坯件烘干根本没有热源供应，主要靠自然室温加上电动吊风扇搅拌，经过长时间的自然烘干来完成。因此配套注浆成型、烘坯件工作场地所占用面积为20000平方米（4000m2×5层）共5层楼，每层楼分佈注浆模具432套，共安装电动吊风扇170台。按其正常用热理念只需3层就够了，不需要使用吊风扇。从经济成本方面计算：浪费二层楼房8000m2，也就是说多用了二层生产厂房的面积。年多耗电10万元。

由于烘干坯件用热上的误区，没有充分发挥窑炉余热的作用，给许多企业带来巨大的生产成本，给环境带来很大的污染，给人们带来很多的无赖。

三、陶瓷坯件烘干环节上的新技术

在陶瓷烧成过程中，人们将陶瓷窑炉分为三个区域带，进坯的那头区域叫预热带，中间烧成的区域叫高温带，出瓷的那头区域叫冷却带，陶瓷窑炉余热出自预热带和冷却带。预热带的余热也叫做窑头烟气余热，其热不能直接使用，因为含有大量的腐蚀烟气。冷却带的余热也叫窑尾余热，其热清洁可靠，主要来自产品通过高温带后所吐出来的热。

湖南顺通能源科技有限公司董事长刘明春先生，带着他的团队从自办风机厂到做干燥设备，后来又在陶瓷机械行业摸爬滚打。近十几年来，他们对陶瓷窑炉余热利用和陶瓷坯件烘干技术方面进行了认真的研究，根据各家陶瓷企业窑炉余热利用及坯件烘干技术方面不尽人意的地方，进行科技攻关，更新理念，研制出了一整套陶瓷窑炉余热利用新技术与新设备。新技术包括取热技术、输热技术、用热技术。结合其新技术的设备包括风机、输热管道、各种类型的链式干燥机及烘房等成套新设备。新技术设备已获国家专利，并在40多家陶瓷企业得到了应用。通过实践，利用窑炉自身余热完全按时按量解决了窑炉自身设计烧成产品总量的坯件烘干问题。在整个陶瓷生产过程中的坯件烘干环节取得了重大的技术突破，为多数陶瓷企业节约能源成本30%以上，已改造的企业其内外环境焕然一新。目前在全国范围内是唯一全面掌握该项技术的公司，技术壁垒明显，具有独一无二的行业优势。

四、对陶瓷坯件烘干环节技术的认识

湖南顺通能源科技有限公司的技术是怎样形成的呢？按照他们的说法是取热有取热的方法，输送热有输送热的方法，用热有用热的方法。这些方法是什么呢？其实他们的方法就是对规律的认识。热量从高温瓷里吐出来，既不让其炸瓷保证产品质量，又要让其热量真正按时按量吐出来，是要有一定的风速和时间才能做到，这就是规律。在热风的输送过程中，热风有热风的运行轨迹，如何掌握它的运行轨迹，也就是如何掌握了它的规律。用热方面，在用热的过程中首先要掌握湿坯件里的水份如何尽快吐出为最佳，这也有它的内在规律。循环热风（量）的使用，差开热风（量）的使用要根据陶瓷生产厂家的具体情况有它各自的规律。掌握了这些规律，也就是在陶瓷窑炉余热利用和坯件烘干技术上得到了突破。

众所周知窑炉在烧成过程中，高温带的热不能进入冷却带，只能通过急冷风进行拦阻，而急冷风的出现给窑尾取热带来了方便之门。由于热风有其自己的运行轨迹与规律，那么管道的架设很有讲究。坯件和模具内的水分吐出有其规律，要将湿坯件、模具烘干，必须让湿坯件、模具内的水份吐出。而这个吐出的过程是一个相对缓慢的过程，如果温度过高用烤的方法，相反湿坯件、模具内部的水分一时出不来，同时还会造成坯件开裂，模具受损减少其使用寿命。因此，只能用适当的温度和适当的风速让湿坯体、模具内的水分缓慢吐出，然后将水份带走，这样才能得到良好的烘干效果。为此他们对传统的坯件烘干环节中的取热、输热、用热进行了改变：

第一，改变过去众多陶瓷企业在冷却带机械的分段取热的作法。实行最大限度的从窑炉冷却带中的“缓冷区”后（距急冷风远一些的地方）按产品形状大小设立灵活的分散取热点。在保证让窑炉压力曲线稳定的前提下，加大抽出真实的热（产品内吐出的热）的热风量。产品和窑具得到了有效的降温，最后使产品和窑具通过冷却后的出窑温度只比环境温度高5-10℃，这样一来不尽有效降低了产品和窑具的热强度，而且克服了产品因冷却不合理造成的烧成缺陷，窑具的使用次数也增加了50-80次。

第二，改变众多陶瓷企业随意将其热量未经处理直接送入供热处的坯件和模具上，以烤干坯件、模具的做法。实行合理布局和设计制造热风输送管道及管道走向与规格，采取增大流量，加快流速来减少热风在输送过程中的热损失的办法。如：在三板以上的辊道窑或隧道窑余热利用中，使用流量为64000m3/h，功率为45kw的锅炉引风机，热风在φ1000毫米的主管道中的流速达到了22.6m/s。由于在余热取出汇集管中的热风温度达240-270℃，而风机的正常使用温度为≤250℃，所以在风机前掺入冷（环境温度）空气，热风温度将降至到供热点的55-70℃，既保证了风机的安全运行又增加了热风总量，最重要的是热风温度的降低减小了热风与环境介质的温度梯度，有效地降低了热损失。在干燥室（链干机和烘房）内设计了可控制的热风出口，热风以不同的角度并以高于原两倍以上的风速喷出，形成了相互搅拌使干燥室（链干机和烘房）内温度更均匀，高速的热风将产品表面的水分及时带出，加快了干燥速率。干燥室（链干机和烘房）内的相对湿度达到一定饱和时，及时启动排湿系统，将饱和湿气排出。

第三，改变众多陶瓷企业由高温烤干坯件、模具为适当温度和适当风速吹干坯件、模具，实行热量循环多次使用、差开时间段使用的办法。如将一般烘房改为余热循环利用烘房，链式干燥机后箱已烘坯件的带湿热风输送到链式干燥机前箱进行脱模。根据企业的生产工艺流程将余热利用时间差开分配合理利用，白天余热主要供给链式干燥机脱模干坯，晚上余热主要供给坯烘房干坯。一般坯烘房逐间放满坯车，关闭烘房门供热后，操作人员必须在晚8点—11点之间定期检查烘房湿气情况，及时针对性进行排湿。至使当天的湿坯件第二天能全部及时进行下一工序后进窑烧成。

五、陶瓷坯件烘干环节新技术的成功案例

根据取热、输热、用热的新技术，湖南顺通能源科技有限公司先后在醴陵市范围内的湖南华联瓷业集团有限公司、醴陵陶润实业发展有限公司、丰年华集团丰德利瓷业有限公司、泰鑫瓷业有限公司、华日瓷业有限公司等三十来家企业进行了改造，企业全部取消了原加热的热风炉、锅炉、耦煤炉等，完全解决了利用窑炉自身余热按时烘干其窑炉设定烧成产品总量的坯件烘干问题，企业环境焕然一新。就拿湖南华联瓷业集团有限公司为例，该公司有日用陶瓷窑炉10条，年生产陶瓷17860万件，原来烘干坯件需用补充热能的热风炉、锅炉、耦煤炉等，年消耗原煤达11829.8吨，增加输热电机耗电476.5万千瓦时，两项每年共补充能源多耗资金1364.87万元。该公司经过改造后，完全停用了燃煤转换热源全套的设备使用，全部实现了余热干坯，不到10个月就收回全部投资。同时减少了大量的废渣、废气、烟尘的排放，改善了生产、生活及厂区周边的环境。

根据取热、输热、用热的新技术，公司对湖北枝江玖源包装制品有限公司进行了改造，该公司是生产陶瓷酒瓶的企业，一条75米3板的天然气辊道窑，日耗气量3500立方和一个日耗天然气量为2000立方热风炉，每天共耗天然气5500立方。本来这条窑炉的日设计烧成产品总量为6.5万件，由于坯件不能按时烘干，只能生产3.8至4.2万件。通过改造后日烧成产量达到了6.5万件。热风炉的用气量每天下降到只耗1000立方。从经济方面核算：按每立方天然气2.46元计算，改造前每只陶瓷酒瓶所耗的燃气成本为0.32214元，改造后每只陶瓷酒瓶所耗的燃气成本为0.1703元。每年可减少生产成本340多万元。同时生产车间的工作环境得到了很大的改善。

又如，湖南铜官星光炻瓷厂是专业生产日用炻瓷的厂家，有86米4板天然气辊道窑一条，改造前还使用了2台热风炉用来烘干坯件，热风炉每天共烧原煤7吨左右，年耗原煤达2460吨。日烧成产量3.7万件左右。成型车间5条链式干燥机均为前后箱结构，除5号链式干燥机是利用辊道窑余热干坯外，其余4条链干机和制模烘房均由热风炉供热干坯、干模，能源耗费大，生产成本高，而且不能保证正常干坯。 湖南顺通能源科技有限公司用窑头余热烘干模具，用窑尾余热烘干坯件的理念，经过改造后，保障了生产的产量，取消了2台热风炉和减少了多台抽热电机的使用。从经济成本方面计算：每年节约耗煤成本205万元、电25.5万元、热风炉操作工及维修费10万元，共计年节约成本240.5万元。同时，产品合格率提高了5%，大大改变了周边环境。车间风机的大量减少，使生产车间内的噪声大幅度下降，对生产车间工作环境得到很好的改善。在保证日生产坯体、模具的正常烘干的同时还使坯体的日产量加大，则窑炉日烧成产量也相应增加了，生产产量得到了大幅度的提高。

湖南顺通能源科技有限公司在陶瓷窑炉余热利用和坯件烘干技术方面没有高深的理论，但凭他们十几年来在陶瓷企业陶瓷生产过程中的坯件烘干环节方面不断实践和探索，认真思索取热、输热、用热的各个工序，实践各个工序，突破各个工序，取得了很大的成功，是一项很值得推广和探讨的技术。

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